[发明专利]一种海上搜救无线传感网协同定位方法

说明书

本发明公开一种海上搜救无线传感网协同定位方法，包含：S1、建立拉格朗日模型作为节点的海上运动模型；S2、将基于隐形马尔可夫链描述的未知节点状态模型结合节点的海上运动模型与观测模型得到协同定位的未知节点的系统模型；运用粒子滤波算法来估计后验概率分布，并利用估计得到的后验概率分布对未知节点的位置进行估计；S3、利用KL离散度对粒子滤波算法中的似然函数进行改进，通过优化参数方式来减小海浪遮蔽因子引起的误差；S4、引入优化参数的似然函数，利用残差‑系统重采样方式来更新置信因子和迭代的估计位置进而减轻粒子的退化并对未知节点位置进行估计。其优点是：解决海上无线传感网受到海洋遮蔽效应以及多径效应而引起的定位误差。

技术领域

本发明涉及海洋无线传感网节点定位技术领域，具体涉及一种海上搜救无线传感网协同定位方法。

背景技术

自1912年泰坦尼克号事故以来，海上人命安全(Safty of life at sea,SOLAS)就一直成为人们关注的焦点。随着技术的发展，通过在船上配有先进的设备来减小外界不可抗拒的因素的干扰。然而，由于人为因素，海难事故不可避免。作为人命安全的最后一道防卫线，海上搜救(Marine Search and Rescue,MSR)在SOLAS中扮演着至关重要的角色。传统的搜救方式取决于救援人员，遇难者不得不被动地等待救援。为了改善这一缺点，将海上搜救与无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)结合起来，配备有传感器节点的遇难者就可以主动示位，极大地提高了救援的效率。

WSN具有自组织、自适应及鲁棒性较好的特点，其无线传感器节点具有体积小、成本低、功耗低的特点。在监测环境中，网络中的大量传感器节点可迅速自组织为一个适应性较好的监测网络，并且可以在恶劣环境下很好地执行任务。因此WSN广泛应用于环境监控，位置追踪等领域。

传统的海上搜救，遇难者只能被动地等待搜救协调中心(Rescue CoordinateCenter,RCC)的救援，利用无线传感网技术在海上搜救中能够克服这一缺点，使得遇难者能够主动示位，极大的提高了搜救的效率。然而由于海上有着多径效应以及海浪遮蔽效应的影响，使得传统的定位方法在海上的效果差强人意。

协同定位具有广泛的适用范围，不受时空限制，具有较好的动态适应能力，即使在未知地理位置信息的情况下，也可以通过用户间的信息交互实现精确定位。但是针对海洋特殊环境的定位，现有的WSN定位技术仍面临着挑战。首先，海上环境往往易发大风、大浪，海浪的起伏对节点之间的通信产生遮蔽效应，以致节点信号指标测量准确度降低；其次，水上目标随海浪的运动呈现出动态性，使得节点协同定位过程中的动态空间相对位置估计求解(唯一可定位性)分析变得复杂，其所导致的计算复杂性也更为突出。因此，提出一个可靠、可行的针对海上搜救无线传感网的协同定位方法是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种海上搜救无线传感网协同定位方法，以解决海上无线传感网受到海洋遮蔽效应以及多径效应而引起的定位误差，该方法适应于海洋无线传感网节点随海浪运动的高动态性，通过迭代的方式减小了定位误差。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种海上搜救无线传感网协同定位方法，其特征是，包含以下步骤：

S1、建立拉格朗日模型作为节点的海上运动模型；

S2、将基于隐形马尔可夫链描述的未知节点状态模型结合节点的海上运动模型与观测模型得到协同定位的未知节点的系统模型；

运用粒子滤波算法来估计后验概率分布，并利用估计得到的后验概率分布对未知节点的位置进行估计；

S3、利用KL离散度对粒子滤波算法中的似然函数进行改进，通过优化参数方式来减小海浪遮蔽因子引起的误差；